多功能杂化聚合物-水凝胶纳米复合材料用于高灵敏度抗污染电化学免疫检测助力癌症早期诊断

研究人员针对慢性肾病(CKD)患者血液标志物检测存在的操作复杂、灵敏度不足及生物安全风险等问题，开发了一种集成在商用采血管中的双功能电化学传感系统。该系统采用电沉积氧化铱(IrOx)实现71.28 mV/pH的超能斯特响应，结合葡萄糖氧化酶(GOx)/普鲁士蓝(PB)复合体系实现46.5 μA·mM-1·cm-2的葡萄糖检测灵敏度，并配备钒氧化物(V2O5)电池和蓝牙模块实现无线传输。临床验证显示其性能优于金标准，显著降低了医护人员接触血液样本的风险。

　　

慢性肾病(CKD)已成为全球公共卫生挑战，影响着英国190万成年人和全球超过10%的成年人口。随着肾功能下降，患者会出现酸碱失衡和血糖控制障碍等并发症，而传统检测方法依赖大型医院设备、操作复杂且存在血液暴露风险。这些痛点使得基层医疗机构难以开展有效的CKD监测，亟需开发安全、准确且用户友好的即时检测(POC)方案。

研究人员创新性地将柔性电化学传感系统集成到标准采血管中，开发出能同时检测血液pH和葡萄糖的双功能平台。该系统采用电化学沉积氧化铱(IrO_x)薄膜实现超能斯特响应，灵敏度达71.28 mV/pH；葡萄糖检测则通过金纳米颗粒(AuNPs)修饰电极结合葡萄糖氧化酶(GOx)/普鲁士蓝(PB)体系，灵敏度为46.5 μA·mM^-1·cm^-2。研究还设计了基于五氧化二钒(V₂O₅)的高能量密度锌离子电池供电系统，支持持续2小时以上的无线数据传输。该成果发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊。

关键技术包括：1)在柔性Kapton薄膜上制备Cr/Au工作电极和Ag/AgCl参比电极；2)电化学沉积制备多孔IrO_x pH传感层；3)AuNPs修饰增强电极电化学活性面积(ECSA)；4)GOx/PB酶促反应体系构建；5)锌离子电池集成与低功耗电路设计。临床验证使用6例CKD患者和2例健康人血液样本，均符合伦理审查要求。

pH传感器表征显示：IrO_x薄膜呈现多孔海绵状结构，比表面积大。在pH 3.29-10.02范围内表现出超能斯特响应(-71.28 mV/pH)，响应时间<5秒。循环测试显示优异的重现性，3小时操作漂移仅0.02 pH/小时，5周储存灵敏度变化0.52 (mV/pH)/周。

葡萄糖传感器性能：AuNPs修饰使电极电化学活性面积增加37%。在1-12 mM葡萄糖浓度范围内呈现良好线性，检测限35 μM。干扰实验显示对尿素、尿酸、白蛋白和肌酐的选择性良好，最大干扰来自白蛋白(5.85%)。Nafion保护层使5周储存后灵敏度保持98.94%。

锌离子电池性能：PVO纳米纤维正极材料在50 mA/g电流密度下比容量达373 mAh/g，1000次循环后容量保持率>80%，库伦效率~99.9%，优于传统钒氧化物电池。

电路模块验证：PCB集成传感器与商用pH计和葡萄糖仪的测量结果高度一致，最大偏差分别为0.03 pH单位和0.03 mM。临床样本检测显示CKD患者存在轻度酸中毒(pH 7.19-7.22)和高血糖(8.9-10.6 mM)特征。

该研究成功开发了一种可集成于标准采血管的双功能传感平台，实现了血液pH和葡萄糖的安全、准确检测。创新性地采用IrO_x超能斯特响应和GOx/PB酶促体系，结合柔性电子和无线传输技术，解决了传统检测方法的操作复杂性和生物安全问题。临床验证证实其性能媲美金标准方法，为CKD的基层管理提供了可靠工具。该平台设计还可扩展至其他生物标志物检测，在个性化医疗和远程监测领域具有广阔应用前景。